专利名称：展馆盲人引导系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种公共设施技术领域的辅助系统，具体地说是一种在展览馆、图书馆，博物馆等公共设施中引导盲人参观展品的展馆盲人引导系统。
背景技术：
随着盲人群体知识结构的不断提高，盲人的活动范围不再局限于家里或是自己熟悉的工作场所，盲人们能够利用现有的公共设施，如图书馆、博物馆、社区活动中心等增长知识，丰富自己的生活。同时，公共场所的无障碍化也是现代社会文明程度的标志，现代的公共场所，如图书馆、社区活动中心开始配备盲文书籍阅览功能和语音上网功能，对盲人也能够提供一定的服务。由于盲人群体不能视物，公共场所的引导系统不仅要提供场馆展品的介绍信息，还要根据盲人所处的地点以及他要去的展品的位置及时提供盲人最需要的信息，同时还必须为盲人规划行进路线，提示路线上可能遇到的障碍物，如墙面等。如在博物馆中，必须根据盲人所处的位置，结合盲人周围展品的位置引导盲人走至盲人需要参观的某种展品的位置，然后向盲人介绍展品，为盲人提供有效的服务。简言之，必须有引导盲人使用展馆内“盲人可以使用的设施”(如盲文书籍、盲人用计算机、盲人用交通信号、盲人可以触摸的艺术品等等)。
对于公共场所而言，一个盲人引导系统应当能同时服务多个盲人，而且引导系统应到独立于场馆，使用引导系统不必改变场所的外观或改变场所展品的陈列方式。
针对公共场所的盲人导航问题，典型的解决思路有三种一是通过盲道和盲文/声音指示牌等固定设施被动地等待盲人使用，二是雇用更多的工作人员主动指引盲人，三是使用便携式的电子装置帮助盲人认识环境。使用盲道和盲文/声音指示牌的系统要对场所的每个位置都做一定的改造，虽然实施简便但往往要改变场所的外观和展品布置。而工作人员主动指引盲人参观虽然能根据盲人的参观过程做有的放矢的介绍，但对工作人员而言工作强度很大。而使用便携式电子装置既能根据盲大在场所中的实际位置和需要及时提供盲大需要的引导信息，又不必改变现有的场所设置，相比前两种解决方案具有明显的优势。
经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号200410066207.5，公开号CN1588480A，专利名称基于单片机辅助盲人穿越交通路口的系统。该技术采用了主机-从机的设计思路，能够同时辅助任意多个盲人穿越交通路口。但现有技术的主要困难在于，只能传递给盲人附近一个物体的状态(如交通灯信号)，不能精确提示盲人到目标物(路口的红绿灯或是斑马线)的位置，更无法根据盲人的位置引导盲人行动。在室内展馆的盲人引导任务中，根据盲人在展馆中的位置实时引导盲人参观(提示行进路线和障碍物)并提供有关展品的信息，依靠现有技术无法解决的。至今未见报道有不改变公共场所外观而能根据盲人的位置实时引导盲人参观展品的系统。
发明内容
本发明针对现有技术的不足与缺陷，提供一种在不改变公共场所外观、能够根据盲人的位置引导盲人参观展品的展馆盲人引导系统。使其能够依据盲人在展馆中的位置，引导盲人走正确的路线，提示行进中遇到的障碍物，提示盲人周围各物体(包括展品和墙面)的位置，向盲人传递展品的介绍信息。本发明能引导盲人使用盲人可以使用的公共设施(如盲文书籍、盲人用计算机、盲人用交通信号、盲人可以触摸的艺术品等等)。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括服务器、客户端、摄像监控系统和定位器。使用时每个盲人需要配置一台客户端和一个定位器，定位器被固定在盲人头顶，客户端由盲人随身携带，摄像监控系统的输出端接到服务器的输入端，服务器在公共场所中仅配置一台。服务器、客户端和定位器之间不必有物理电连接，但服务器与客户端之间必须能无线通讯。所述服务器用于服务多个盲人，向盲人使用者提供引导信息和展品介绍信息；所述定位器用于帮助服务器获得盲人当前位置；所述摄像监控系统用于帮助服务器获得展馆各处图像；所述客户端用于接收来自服务器的引导信息，并将引导信息告知盲人。
所述摄像监控系统获得展馆中各处的图像。当定位器出现在摄像监控系统的监控范围时，摄像监控系统得到的图像中含有定位器所成的像，摄像监控系统得到的图像被送到服务器做进一步处理。
所述服务器包括四个部分定位单元、物体信息数据库、计算单元和无线发送单元。定位单元接受来自摄像监控系统的图像，定位单元的输出端连接到计算单元的输入端，物体信息数据库接受来自计算单元的查询，物体信息数据库输出端连接到计算单元的输入端，计算单元的输出端连接到无线发送单元的输入端。其中定位单元通过检测图像中盲人携带的定位器实时获知盲人的最新位置信息，包括盲人在公共场所中的位置以及盲人面对的方向；物体信息数据库负责提供公共设施内各物体，包括各展品和各墙面的三维位置信息，物体信息数据库内的信息是预先根据场所的实际情况输入的；物体信息数据库还负责存储各展品的介绍信息；计算单元负责根据盲人的位置信息和从物体信息数据库中得到位于盲人附近各物体的三维位置信息计算得到各物体相对盲人的位置信息、为盲人的目标展品规划的路径信息等引导信息以及盲人附近范围内的展品信息；无线发送单元负责将各物体相对盲人的位置信息传送给盲人。
所述客户端包括三个部分无线接收单元、用户输入单元和感觉替代单元。无线接收模块通过无线信号接受来自服务器无线发送单元的引导信号，无线信号的输出端连接到感觉替代单元的输入端；用户输入单元的输出端连接到感觉替代单元的输入端；由感觉替代单元传递给盲人声音信息。无线接收单元负责接受来自服务器的引导信息，包括各物体相对盲人的位置信息；用户输入单元负责接受来自用户的状态要求；感觉替代单元负责根据用户的状态要求，生成虚拟声源与各个物体包含的位置信息相一致的立体声声音信号，使盲人能直观了解到周围的物体的意义并且知道物体的位置。
本发明中，用户可以通过用户输入单元提出状态要求，命令系统以特定的方式发出声音信号。在“环境浏览”状态下，系统向盲人提供盲人附近各种物体，包括展品和墙面的立体声音，使盲人能尽快了解到周围环境中的各个物体。在“行路引导”状态下，系统首先接受盲人的输入为盲人规划一条到达目标展品的路径，根据为盲人规划的路径提供声音，指引盲人沿着路径到达目标展品的位置。当盲人距障碍物，如展馆的墙小于事先设定的阈值时，向盲人提示障碍物的存在。“展品介绍”状态下系统将盲人正前方的展品的介绍信息传递给盲人。
本发明能够在不改变场所外观的条件下，能够依据盲人在展馆中的位置，及时引导盲人走参观路线，向盲人提示行进中遇到的障碍物，提示盲人周围各物体(包括展品和墙面)的位置，向盲人传递展品的介绍信息。
与现有技术相比，本发明引导盲人特点在于(1)充分利用现代展馆普遍采用的摄像监控网络，仅需在场所中配置一台服务器，在盲人身上配置一个定位器和一个客户端即可实现引导，无需改变场所的外观。(2)能够根据盲人的位置实时提供盲人周围，特别是盲人正面向的区域中的物体信息，包括各展品的信息和各墙面的信息，使盲人处于一个各物体随时自我提示的友好环境中。(3)主机中集中处理盲人的位置信息和场所中的物体位置信息，方便提升系统的软件，容易实现实时讲解、路径规划提示等功能。(4)能够同时服务多个盲人，减少资源浪费。
图1为本发明的各个模块之间的关系的框图。
图2位本发明实施例的定位器上的特定的点模式的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括四个部分定位器1、摄像监控网络2、服务器和客户端。服务器包括定位单元3、物体信息数据库4、计算单元5和无线发送单元6。客户端包括无线接收单元7、用户输入单元8和感觉替代单元9。在本实施例中，位于盲人的头部的定位器1带有如图2所示的点模式，该点模式在相互垂直的两根轴线上(如图所示的X轴和Y轴)具有数量不同的点，使得点模式具有能被识别的两根轴线，并且轴线能够被区分。因此预先设定点模式的一个轴(如Y轴)与盲人的正前方重合时，点模式能被覆盖于展馆的摄像监控系统拍摄到并且通过定位单元3的图像处理算法检测出点模式Y轴的方向，因而盲人在展馆中的位置以及盲人面对的方向(可以认为是盲人正在行进的方向)可知。由于摄像头都事先经过了标定，当检测到盲人头部的定位器时，服务器的定位单元3能不断更新盲人的在展馆中的位置和盲人行进的方向。
物体信息数据库4内的物体信息，包括各展品的位置信息和展馆中墙面的位置信息是通过已有的地图生成的方法得到的。地图生成算法在机器人导航领域是已为人所知的技术。利用图像传感器、超声传感器或激光测距仪都能得到传感器周围的距离图像，得到场所中各个位置的距离图像后，通过已有的地图生成算法(如occupy grid网格占据算法)可以得到场所的地图。通过查询展馆地图，可以知道场所中障碍物、墙面的位置，为告知盲人环境的空间结构以及为盲人导路提供依据。由于在图书馆、博物馆等场所中的展品等公共资源的位置几乎是不变的，因此展品的位置能够被预先输入到场所的二维地图中作为引导盲人的依据。物体信息数据库中还存储有各展品的介绍信息。
计算单元5处理盲人所处位置周围的物体相对盲人的三维位置信息。通过比较从定位单元3得到的盲人当前的位置和地图中各墙面、障碍物以及展品的位置信息，提取距离盲人一定范围内的墙面、障碍物以及展品相对盲人的位置信息。结合物体信息数据库内的展馆地图，计算单元利用路径规划算法生成一条引导盲人参观的路径。
无线发送单元6将计算单元5得到的引导信息(包括距离盲人一定范围内的墙面、障碍物以及展品相对盲人的位置信息，展品的介绍信息和路径信息)送至相应的盲人客户端上的无线接收单元7。
客户端的无线接收单元7从服务器无线发送单元6处传来的引导信息。
用户输入单元8通过按键接受使用者输入的状态要求。客户端可以有若干种状态，每种状态与一定的声音生成方式相对应。“环境浏览”的状态下，盲人可以要求系统向他提供盲人附近各种物体，包括展品和墙面的立体声音，使盲人能尽快了解到周围环境中的各个物体。在“展品介绍”状态下，盲人可以要求系统将盲人正前方的展品的介绍信息传递给盲人。在“行路引导”状态下，系统根据为盲人规划的参观路径提供立体声音，指引盲人沿着路径到达目标展品的位置，当盲人距障碍物，如展馆的墙小于事先设定的阈值时，系统根据墙相对盲人的位置，向盲人提示障碍物的存在。
感觉替代单元9负责将引导信息中有关物体(包括各展品和各墙面)的信息，根据用户输入单元提供的状态要求，一一转换为对应的虚拟立体声信号。一个物体的虚拟立体声信号的虚拟声源位置与物体的位置重合，使得对应的虚拟立体听上去是从物体的位置处发出的。根据从用户输入单元8处得到的状态要求，用对应的声音生成方式把每个物体的虚拟立体声信号通过一定的时移后叠加得到的表示环境的声音。这样盲人能够直观地感受到盲人周围环境中各物体的位置。
上述实施例可以看出，通过本发明盲人能够及时获知周围的展品的位置(在“环境浏览状态”下)，能够得到展馆中行进路线和障碍的提示(“行路引导”状态下)，能够“参观”展馆中的展品，得到展品的介绍(在“展品介绍”状态下)，在参观展馆的自始至终处于系统的辅助之下；而且，本发明利用了现代展馆普遍采用的摄像监控网络，仅需在场所中配置一台服务器，在盲人身上配置一个定位器和一个客户端即可实现引导，无需改变场所的外观；能够同时服务多个盲人，减少资源浪费。
权利要求
1.一种展馆盲人引导系统，其特征在于包括服务器、客户端、摄像监控系统和定位器；所述定位器被固定在盲人头顶，所述客户端由盲人随身携带，所述摄像监控系统的输出端接到服务器的输入端，所述服务器在公共场所中仅配置一台，其中服务器与客户端之间能无线通讯，所述服务器用于服务多个盲人，向盲人使用者提供引导信息和展品介绍信息；所述定位器用于帮助服务器获得盲人当前位置；所述摄像监控系统用于帮助服务器获得展馆各处图像；所述客户端用于接收来自服务器的引导信息，并将引导信息告知盲人。
2.如权利要求1所述的展馆盲人引导系统，其特征是，所述服务器包括定位单元、物体信息数据库、计算单元和无线发送单元；定位单元接受来自摄像监控系统的图像，定位单元的输出端连接到计算单元的输入端，物体信息数据库接受来自计算单元的查询，物体信息数据库输出端连接到计算单元的输入端，计算单元的输出端连接到无线发送单元的输入端，其中定位单元通过检测图像中盲人携带的定位器实时获知盲人的最新位置信息，包括盲人在公共场所中的位置以及盲人面对的方向；物体信息数据库负责提供公共设施内各物体，包括各展品和各墙面的三维位置信息，物体信息数据库内的信息是预先根据场所的实际情况输入的，物体信息数据库还负责存储各展品的介绍信息；计算单元负责根据盲人的位置信息和从物体信息数据库中得到位于盲人附近各物体的三维位置信息计算得到各物体相对盲人的位置信息、为盲人的目标展品规划的路径信息等引导信息以及盲人附近范围内的展品信息；无线发送单元负责将各物体相对盲人的位置信息传送给盲人。
3.如权利要求1所述的展馆盲人引导系统，其特征是，所述客户端包括无线接收单元、用户输入单元和感觉替代单元；无线接收模块通过无线信号接受来自服务器无线发送单元的引导信号，无线信号的输出端连接到感觉替代单元的输入端；用户输入单元的输出端连接到感觉替代单元的输入端；由感觉替代单元传递给盲人声音信息，无线接收单元负责接受来自服务器的引导信息，包括各物体相对盲人的位置信息；用户输入单元负责接受来自用户的状态要求；感觉替代单元负责根据用户的状态要求，生成虚拟声源与各个物体包含的位置信息相一致的立体声声音信号，使盲人能直观了解到周围的物体的意义并且知道物体的位置。
4.如权利要求3所述的展馆盲人引导系统，其特征是，所述感觉替代单元负责将引导信息中有关物体的信息，根据用户输入单元提供的状态要求，一一转换为对应的虚拟立体声信号；一个物体的虚拟立体声信号的虚拟声源位置与物体的位置重合，使得对应的虚拟立体听上去是从物体的位置处发出的，根据从用户输入单元处得到的状态要求，用对应的声音生成方式把每个物体的虚拟立体声信号通过时移后叠加得到的表示环境的声音，这样盲人能够直观地感受到盲人周围环境中各物体的位置。
5.如权利要求1或3所述的展馆盲人引导系统，其特征是，所述客户端，在“环境浏览”的状态下，向盲人提供盲人附近各种物体，包括展品和墙面的立体声音，使盲人能尽快了解到周围环境中的各个物体。
6.如权利要求1或3所述的展馆盲人引导系统，其特征是，所述客户端，在“展品介绍”状态下，将盲人正前方的展品的介绍信息传递给盲人。
7.如权利要求1或3所述的展馆盲人引导系统，其特征是，所述客户端，在“行路引导”状态下，在“行路引导”状态下，系统根据为盲人规划的参观路径提供立体声音，指引盲人沿着路径到达目标展品的位置。
8.如权利要求1所述的展馆盲人引导系统，其特征是，所述定位器，带有点模式，该点模式在相互垂直的两根轴线上具有数量不同的点，使得点模式具有能被识别的两根轴线，并且轴线能够被区分；预先设定点模式的一个轴与盲人的正前方重合时，点模式能被覆盖于展馆的摄像监控系统拍摄到并且通过服务器检测出点模式Y轴的方向，因而知道盲人在展馆中的位置以及盲人面对的方向；由于摄像头都事先经过了标定，当检测到盲人头部的定位器时，服务器能不断更新盲人的在展馆中的位置和盲人行进的方向。
全文摘要
一种展馆盲人引导系统，包括服务器、客户端、摄像监控系统和定位器；定位器被固定在盲人头顶，客户端由盲人随身携带，摄像监控系统的输出端接到服务器的输入端，服务器在公共场所中仅配置一台，其中服务器与客户端之间能无线通讯，服务器用于服务多个盲人，向盲人使用者提供引导信息和展品介绍信息；定位器用于帮助服务器获得盲人当前位置；摄像监控系统用于帮助服务器获得展馆各处图像；客户端用于接收来自服务器的引导信息，并将引导信息告知盲人。本发明能够在不改变场所外观的条件下，能够依据盲人在展馆中的位置，及时引导盲人走参观路线，向盲人提示行进中遇到的障碍物，提示盲人周围各物体的位置，向盲人传递展品的介绍信息。
文档编号G09F25/00GK101073531SQ200710039629
公开日2007年11月21日 申请日期2007年4月19日 优先权日2007年4月19日
发明者童善保, 谢青, 朱湘君, 闫静, 杜嘉, 朱贻盛, 邱意弘 申请人:上海交通大学